JP2009109402A - Image information processing apparatus - Google Patents

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JP2009109402A JP2007283518A JP2007283518A JP2009109402A JP 2009109402 A JP2009109402 A JP 2009109402A JP 2007283518 A JP2007283518 A JP 2007283518A JP 2007283518 A JP2007283518 A JP 2007283518A JP 2009109402 A JP2009109402 A JP 2009109402A
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luminance
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Norio Sugita
記男 杉田
Kazuhiro Matsumoto
和浩 松本
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Canon Inc
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image information processing apparatus for differentiating between the fluorescent luminance of a probe and the luminance due to a foreign substances adhering to the probe array surface, and defective pixels existing in an area sensor, when the fluorescent brightness of a probe on a probe array, such as DNA micro array, is detected. <P>SOLUTION: This image information processing apparatus detects the fluorescent luminance of the probe on the probe array, based on a hybridization reaction result, while differentiating it from the fluorescent luminance of other than the probe in a hybridization-reacted image of the probe array. The image information processing apparatus comprises a means for calculating the luminance ratios of red, green and blue pixels in the hybridized image, and a means for differentiating between the fluorescent luminance of the probe and the luminance of other than the probe, based on the luminance ratios of the red, green and blue pixels. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はいわゆるプローブアレイの画像情報処理装置に関するものである。   The present invention relates to a so-called probe array image information processing apparatus.

従来、画像撮像装置に利用されるエリアセンサとしてCCDセンサ、CMOSセンサなどを用いたものがある。これらは各画素の光電変換素子であるホトダイオードに蓄積された信号電荷を各々の方式によって増幅し、画像情報として読み出すものである。特許文献1にはCCDセンサを用いてDNAマイクロアレイの蛍光を読み取る核酸分析装置が開示されている。この特許文献に開示された装置は、DNAマイクロアレイの各プローブを発光ダイオードによって照射して励起し、各プローブの蛍光をCCDセンサにより検出している。この装置によりDNAマイクロアレイの各プローブの蛍光強度を一度に測定することが可能になる。さらに、各プローブの測定条件がほぼ同一となり、測定精度も向上する。また、読取機構が省スペース、安価となり、故障率も低下し、メンテナンスがほとんど不要となる。
特開2005−181145号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there are sensors using a CCD sensor, a CMOS sensor, or the like as an area sensor used in an image pickup apparatus. These amplify signal charges accumulated in a photodiode, which is a photoelectric conversion element of each pixel, by each method, and read them out as image information. Patent Document 1 discloses a nucleic acid analyzer that reads the fluorescence of a DNA microarray using a CCD sensor. In the apparatus disclosed in this patent document, each probe of the DNA microarray is excited by irradiation with a light emitting diode, and the fluorescence of each probe is detected by a CCD sensor. This apparatus makes it possible to measure the fluorescence intensity of each probe of the DNA microarray at a time. Furthermore, the measurement conditions of each probe are almost the same, and the measurement accuracy is improved. Further, the reading mechanism is space-saving and inexpensive, the failure rate is reduced, and maintenance is almost unnecessary.
JP 2005-181145 A

DNAマイクロアレイ基板の表面には、プローブ以外にごみや汚れ等の異物が付着している場合がある。また、上記エリアセンサでは、画素のホトダイオードに不良が生じた場合など、正常な信号電荷情報を読み出せない不良画素が存在する。そのため、上記エリアセンサでDNAマイクロアレイのプローブハイブリダイゼーション反応させた蛍光画像を撮像する場合、蛍光画像の輝度にはプローブの蛍光輝度以外に上記異物による輝度や、上記不良画素の異常値が輝度として検出される。よって、上記プローブの蛍光輝度を検出するためには、上記プローブの蛍光輝度と、上記異物や不良画素による輝度を区別し、プローブの蛍光強度のみを検出することが望ましい。   On the surface of the DNA microarray substrate, foreign matter such as dust and dirt may adhere in addition to the probe. In the area sensor, there are defective pixels that cannot read normal signal charge information, such as when a defect occurs in the photodiode of the pixel. For this reason, when the fluorescence image obtained by the probe hybridization reaction of the DNA microarray is captured by the area sensor, the brightness of the fluorescence image is detected not only by the fluorescence brightness of the probe but also by the foreign matter or the abnormal value of the defective pixel as the brightness. Is done. Therefore, in order to detect the fluorescence luminance of the probe, it is desirable to distinguish only the fluorescence intensity of the probe by distinguishing the fluorescence luminance of the probe from the luminance due to the foreign matter or defective pixel.

本発明の目的は、DNAマイクロアレイなどのプローブアレイ上のプローブの蛍光輝度を検出する際に、プローブの蛍光輝度と、プローブアレイ表面に付着した異物やエリアセンサに存在する不良画素による輝度とを区別できる画像情報処理装置を提供することにある。   The object of the present invention is to distinguish between the fluorescence intensity of a probe and the brightness caused by a foreign pixel adhering to the probe array surface or a defective pixel existing in an area sensor when detecting the fluorescence intensity of a probe on a probe array such as a DNA microarray An object of the present invention is to provide an image information processing apparatus that can perform such processing.

本発明の他の目的は、プローブアレイのハイブリダイゼーションさせた画像において、輝度が飽和した画素を補間する画像情報処理装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an image information processing apparatus that interpolates pixels with saturated luminance in a hybridized image of a probe array.

本発明の更なる目的は、上記画像情報処理装置を備えるプローブアレイの画像撮像装置を提供することにある。   It is a further object of the present invention to provide an image pickup apparatus for a probe array comprising the image information processing apparatus.

本発明の第一の画像情報処理装置は、
プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像において、該ハイブリダイゼーション反応結果に基づくプローブアレイ上のプローブの蛍光輝度を該プローブ以外の蛍光輝度と区別して検出する画像情報処理装置であって、
前記画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、
前記輝度比から前記プローブの蛍光輝度と前記プローブ以外の蛍光輝度とを区別する手段と、
を備えることを特徴とする画像情報処理装置である。
The first image information processing apparatus of the present invention is
An image information processing apparatus for detecting the fluorescence intensity of probes on a probe array based on the hybridization reaction result separately from the fluorescence intensity other than the probe in an image obtained by performing a hybridization reaction of a probe array,
Means for calculating a luminance ratio of red, green and blue pixels in the image;
Means for distinguishing the fluorescence brightness of the probe and the fluorescence brightness other than the probe from the brightness ratio;
An image information processing apparatus comprising:

本発明の第一の画像撮像装置は、
プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置であって、
プローブアレイ保持手段と、
前記プローブアレイに励起光を照射する手段と、
前記プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、
本発明の第一の画像情報処理装置と、
を備えるプローブアレイ画像撮像装置である。
The first image capturing apparatus of the present invention is
An apparatus for taking an image of a probe array hybridization reaction,
Probe array holding means;
Means for irradiating the probe array with excitation light;
An area sensor for detecting fluorescence intensity on the probe array;
A first image information processing apparatus of the present invention;
It is a probe array image pick-up device provided with.

本発明の第二の画像情報処理装置は、
プローブアレイのハイブリダイゼーションさせた画像において、輝度が飽和した画素を補間する画像情報処理装置であって、
前記画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、
前記輝度比から輝度が飽和した前記画素の輝度計算する手段と、
を備えることを特徴とする画像情報処理装置である。
The second image information processing apparatus of the present invention is
An image information processing apparatus that interpolates pixels with saturated brightness in a hybridized image of a probe array,
Means for calculating a luminance ratio of red, green and blue pixels in the image;
Means for calculating the luminance of the pixel whose luminance is saturated from the luminance ratio;
An image information processing apparatus comprising:

本発明の第二の画像撮像装置は、
プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置であって、
プローブアレイ保持手段と、
前記プローブアレイに励起光を照射する手段と、
前記プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、
本発明の第二の画像情報処理装置と、
を備えるプローブアレイ画像撮像装置である。
The second image capturing apparatus of the present invention is
An apparatus for taking an image of a probe array hybridization reaction,
Probe array holding means;
Means for irradiating the probe array with excitation light;
An area sensor for detecting fluorescence intensity on the probe array;
A second image information processing apparatus of the present invention;
It is a probe array image pick-up device provided with.

本発明によれば、プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像において、プローブの蛍光輝度と、プローブアレイに付着するごみや汚れ等の異物による輝度、エリアセンサ不良画素による異常輝度とを区別して、正常なプローブの反応結果、例えば蛍光輝度を検出することが可能となる。   According to the present invention, in the probe array hybridization image, the fluorescence intensity of the probe is distinguished from the brightness due to foreign matters such as dust and dirt adhering to the probe array, and the abnormal brightness due to the area sensor defective pixel. It becomes possible to detect the reaction result of a simple probe, for example, the fluorescence luminance.

図1は本発明による画像情報処理方法の手順を示すフローチャートである。はじめに、DNAマイクロアレイのハイブリダイゼーション反応させた蛍光画像をエリアセンサで撮像する(101)。上記蛍光画像は、RGBカラーフィルタを装着したエリアセンサを用いて撮像するので、RGB各波長のシグナルで構成された画像情報を得ることができる。次に、画像情報の輝度の大きさから、オブジェクト認識を行う(102)。オブジェクトとはバックグラウンドに比べて輝度が大きなエリアのことである。オブジェクトには、DNAマイクロアレイのプローブ蛍光輝度や、DNAマイクロアレイ基板に付着するごみや汚れといった異物等による輝度、エリアセンサ不良画素による異常輝度等が存在する。ここで、DNAマイクロアレイのプローブには、どのようなサンプルに対しても蛍光輝度を発するコントロールプローブが含まれる。次に、前記オブジェクトのRGB輝度比の計算を行う(103)。オブジェクトのエリアに含まれるR、G、Bそれぞれの輝度の比を計算して求める。次に、コントロールプローブオブジェクトのRGB輝度比とその他のオブジェクトのRGB輝度比を比較して、オブジェクトを分類する(104)。ここで、コントロールプローブオブジェクトの輝度比に近いオブジェクトをプローブオブジェクト、異なるものをそれ以外のオブジェクトとして認識する。そして、認識したプローブオブジェクトのエリアについて、蛍光輝度を計算する(105)。図1の画像情報処理方法の手順は、後ほど詳細に説明する。   FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of an image information processing method according to the present invention. First, a fluorescence image obtained by hybridization reaction of a DNA microarray is picked up by an area sensor (101). Since the fluorescent image is picked up using an area sensor equipped with an RGB color filter, it is possible to obtain image information composed of signals of RGB wavelengths. Next, object recognition is performed from the brightness level of the image information (102). An object is an area having a higher luminance than the background. The object includes probe fluorescence brightness of the DNA microarray, brightness due to foreign matters such as dust and dirt adhering to the DNA microarray substrate, abnormal brightness due to defective area sensor pixels, and the like. Here, the probe of the DNA microarray includes a control probe that emits fluorescence intensity for any sample. Next, the RGB luminance ratio of the object is calculated (103). The ratio of each luminance of R, G, and B included in the object area is calculated and obtained. Next, the RGB luminance ratio of the control probe object is compared with the RGB luminance ratio of other objects, and the objects are classified (104). Here, an object close to the luminance ratio of the control probe object is recognized as a probe object, and a different object is recognized as another object. Then, the fluorescence luminance is calculated for the recognized area of the probe object (105). The procedure of the image information processing method in FIG. 1 will be described in detail later.

図2は本発明による画像情報処理装置に適用される情報処理装置の構成を示すブロック図である。画像情報処理装置は、外部記憶装置201、中央処理装置(CPU)202、メモリ203、入出力装置204から構成される装置に実装される。外部記憶装置201は、本発明を実現するプログラムや、ハイブリダイゼーション反応の結果、輝度レベルを保持する。中央処理装置(CPU)202は本発明を実現するプログラムを実行したり、すべての装置の制御を行なったりする。メモリ203は中央処理装置(CPU)202が使用するプログラム、及びサブルーチンや画素不良データ、撮像画像データ等のデータを一時的に記録する。入出力装置204は、ユーザーとのインタラクションを行う。多くの場合、本発明の生物種判定方法を実現するプログラム実行のトリガーはこの入出力装置を介してユーザーが出す。また、ユーザーの結果確認、プログラムのパラメータ制御は、この入出力装置を介して行う。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the information processing apparatus applied to the image information processing apparatus according to the present invention. The image information processing apparatus is mounted on an apparatus including an external storage device 201, a central processing unit (CPU) 202, a memory 203, and an input / output device 204. The external storage device 201 holds a luminance level as a result of a program for realizing the present invention and a hybridization reaction. A central processing unit (CPU) 202 executes a program for realizing the present invention and controls all devices. The memory 203 temporarily stores programs used by the central processing unit (CPU) 202 and data such as subroutines, pixel defect data, and captured image data. The input / output device 204 interacts with the user. In many cases, a trigger for executing a program for realizing the biological species determination method of the present invention is issued by the user via this input / output device. The user's result confirmation and program parameter control are performed via this input / output device.

本発明による画像情報処理装置は、プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像においてハイブリダイゼーション反応結果に基づくプローブアレイ上のプローブの蛍光輝度を該プローブ以外の蛍光輝度と区別して検出する画像情報処理装置であって、
ハイブリダイゼーション反応させた画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、当該輝度比から前記プローブの蛍光輝度と前記プローブ以外の蛍光輝度とを区別する手段とを備える。また、上記オブジェクトを認識する手段を更に有しても良いし、あるいはハイブリダイゼーション反応させた画像において、設定した閾値以上の輝度を有する画素領域を認識する手段、を更に有する構成とすることができる。
An image information processing apparatus according to the present invention is an image information processing apparatus that detects fluorescence intensity of probes on a probe array based on a hybridization reaction result in an image obtained by hybridization reaction of the probe array, separately from fluorescence intensity other than the probe. There,
Means for calculating a luminance ratio of red, green and blue pixels in the image subjected to the hybridization reaction, and means for discriminating between the luminance luminance of the probe and the fluorescent luminance other than the probe from the luminance ratio. Further, the image processing apparatus may further include means for recognizing the object, or may further include means for recognizing a pixel region having a luminance equal to or higher than a set threshold in an image subjected to a hybridization reaction. .

図3は本発明による蛍光画像撮像装置(プローブアレイ画像撮像装置)の構成を示した図である。蛍光画像撮像装置は図2で示した情報処理装置301、撮像装置303、DNAマイクロアレイの励起光源306、DNAマイクロアレイ307を支持するDNAマイクロアレイ支持基盤308、外部からの光を遮断する暗箱302で構成される。撮像装置303はCMOSセンサ304を内蔵し、蛍光フィルター305を付属する。CMOSセンサ304にはRGBカラーフィルタが装着されている。ハイブリダイゼーション反応を行ったマイクロアレイ307を励起光源306で励起し、発せられた蛍光を蛍光フィルター305を通じて撮像装置303で撮像する。Cy3蛍光色素を用いた場合、励起光源306は波長532nmのレーザを用いる。撮像装置303はUSBケーブルで接続された情報処理装置301の入出力装置から操作する。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a fluorescence image pickup apparatus (probe array image pickup apparatus) according to the present invention. The fluorescence image pickup apparatus includes the information processing apparatus 301, the image pickup apparatus 303, the DNA microarray excitation light source 306, the DNA microarray support base 308 that supports the DNA microarray 307, and the dark box 302 that blocks external light. The The imaging device 303 includes a CMOS sensor 304 and a fluorescent filter 305. An RGB color filter is attached to the CMOS sensor 304. The microarray 307 that has undergone the hybridization reaction is excited by the excitation light source 306, and the emitted fluorescence is imaged by the imaging device 303 through the fluorescence filter 305. When the Cy3 fluorescent dye is used, the excitation light source 306 uses a laser with a wavelength of 532 nm. The imaging device 303 is operated from the input / output device of the information processing device 301 connected by a USB cable.

本発明による画像撮像装置は、プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置であって、プローブアレイ保持手段と、プローブアレイに励起光を照射する手段と、
プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、上記画像情報処理装置とを少なくとも備える。
An image pickup apparatus according to the present invention is an apparatus for picking up an image obtained by a hybridization reaction of a probe array, and includes a probe array holding means, a means for irradiating the probe array with excitation light,
An area sensor for detecting fluorescence intensity on the probe array and at least the image information processing apparatus are provided.

図4はDNAマイクロアレイ上のハイブリダイゼーションの様子を示した図である。生体内でほとんどの場合、DNAは2重らせん構造をしていて、その2本鎖の間の結合は塩基間の水素結合で実現されている。一方、RNAは1本鎖で存在する場合が多い。塩基の種類はDNAの場合はATGCの4種類、RNAの場合はAUGCの4種類であり、それぞれ水素結合ができる塩基対はA-T(U)、G-Cのペアとなっている。一般にハイブリダイゼーション反応とは、1本鎖状態の核酸分子同士がその中にある部分塩基配列を介して部分的に結合する状態をいう。本発明で想定している反応は、図4の上側の基板にくっついた核酸分子(プローブ)の方が下側のサンプル中にある核酸分子より短い。よって、サンプル中に存在する核酸分子がプローブの塩基配列を含む場合は、このハイブリダイゼーション反応はうまくいき、サンプル中のターゲット核酸分子はDNAマイクロアレイにトラップされることとなる。   FIG. 4 shows the state of hybridization on the DNA microarray. In most cases, DNA has a double helix structure, and the bond between the two strands is realized by hydrogen bonding between bases. On the other hand, RNA often exists in a single strand. There are four types of bases in the case of DNA, ATGC, and in the case of RNA, AUGC. The base pairs capable of hydrogen bonding are A-T (U) and G-C pairs. In general, a hybridization reaction refers to a state in which single-stranded nucleic acid molecules are partially bound to each other through a partial base sequence in the nucleic acid molecule. In the reaction assumed in the present invention, the nucleic acid molecule (probe) attached to the upper substrate in FIG. 4 is shorter than the nucleic acid molecule in the lower sample. Therefore, when the nucleic acid molecule present in the sample contains the base sequence of the probe, this hybridization reaction is successful, and the target nucleic acid molecule in the sample is trapped on the DNA microarray.

(実施例1)
本実施例では、DNAマイクロアレイを用いたハイブリダイゼーション反応実験の実験手順について詳細に説明する。図5はDNAマイクロアレイを用いる操作手順全般の流れを示している。501の“サンプル”とは対象としている核酸が含まれているはずの液体や個体である。例えば感染症の原因菌の特定をするために本発明を適用した場合、ヒト、家畜等の動物由来の血液、喀痰、胃液、膣分泌物、口腔内粘液等の体液、尿及び糞便のような排出物等細菌が存在すると思われるあらゆる物がサンプルとなる。また、食中毒、汚染の対象となる食品、飲料水及び温泉水のような環境中の水等、細菌による汚染が引き起こされる可能性のある媒体がサンプルとして用いられることもある。さらに、輸出入時における検疫等の動植物も検体としてその対象となる。
Example 1
In this example, an experimental procedure of a hybridization reaction experiment using a DNA microarray will be described in detail. FIG. 5 shows the overall flow of the operation procedure using the DNA microarray. The “sample” 501 is a liquid or individual that should contain the nucleic acid of interest. For example, when the present invention is applied to identify the causative bacteria of infectious diseases, such as blood derived from animals such as humans and livestock, body fluids such as sputum, gastric juice, vaginal secretions, oral mucus, urine and feces Everything that seems to contain bacteria, such as effluent, becomes a sample. In addition, a medium that may cause contamination by bacteria, such as food poisoning, food subject to contamination, drinking water, and water in the environment such as hot spring water, may be used as a sample. In addition, animals and plants such as quarantine at the time of import / export are also subject to this.

次に、502の“生化学的増幅”方法を用いて501のサンプル増幅する。例えば感染症の原因菌の特定をするために本発明を適用した場合、16s rRNA検出用に設計されたPCR反応用プライマーを用いてPCR法によって対象核酸を増幅したり、或いはPCR増幅物を元にさらにPCR反応等を行って調製したりする。また、PCR以外のLAMP法などの増幅方法により調製してもよい。その後で、増幅されたサンプル、または501のサンプルそのものに、可視化のために各種標識法により標識する。この標識物質としては、通常Cy3, Cy5, Rodaminなどの蛍光物質が用いられる。また、502の生化学的増幅の実験手順の中で、標識分子を混入することもある。
また、ターゲット核酸分子を蛍光物質により標識する方法のほかに、FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)法やETPH(エキシマー形成2プローブ核酸ハイブリダイゼーション)法などのプローブ側に蛍光色素を標識する方法を用いることもできる。また、プローブとターゲット核酸分子とのハイブリッド体に挿入されるEtBr(エチジウムブロマイド)などのインターカレーターを用いて蛍光標識する方法を用いることもできる。本実施例では核酸に標識分子を付加させる標識方法を用いる場合により説明する。標識分子が付加された核酸は、504のDNAマイクロアレイとハイブリダイゼーション反応(505)を行う。この様子は、図4に示した通りである。
例えば感染症の原因菌の特定をするために本発明を適用した場合、504のDNAマイクロアレイは、原因菌に特異的な塩基配列を持つプローブ(人工核酸)を基板に固定したものとなる。各菌のプローブの設計は、例えば16s rRNAをコーディングしているゲノム部分より、当該菌に対し非常に特異性が高く、十分かつそれぞれのプローブ塩基配列でTmなどを考慮してばらつきのないハイブリダイゼーション感度が期待できるように行う。504のDNAマイクロアレイのプローブを固定する担体(基板)は、ガラス基板、プラスチック基板、シリコンウェハー等の平面基板が考えられる。また、凹凸のある三次元構造体、ビーズのような球状のもの、棒状、紐状、糸状のもの等を用いても、本発明の実施形態、効果には影響ない。
Next, 501 samples are amplified using the 502 “biochemical amplification” method. For example, when the present invention is applied to identify the causative bacteria of an infectious disease, a target nucleic acid is amplified by a PCR method using a PCR reaction primer designed for 16s rRNA detection, or a PCR amplified product is used as the original. Further, it is prepared by conducting a PCR reaction or the like. Moreover, you may prepare by amplification methods, such as LAMP method other than PCR. Thereafter, the amplified sample or the sample 501 itself is labeled by various labeling methods for visualization. As the labeling substance, fluorescent substances such as Cy3, Cy5, and Rodamin are usually used. Further, in the experimental procedure of 502 biochemical amplification, a labeled molecule may be mixed.
In addition to the method of labeling the target nucleic acid molecule with a fluorescent substance, a method of labeling the fluorescent dye on the probe side, such as FRET (fluorescence resonance energy transfer) method or ETPH (excimer formation 2-probe nucleic acid hybridization) method, should be used. You can also. In addition, a fluorescent labeling method using an intercalator such as EtBr (ethidium bromide) inserted into a hybrid of a probe and a target nucleic acid molecule can also be used. In this example, a case where a labeling method for adding a label molecule to a nucleic acid is used will be described. The nucleic acid to which the labeled molecule has been added undergoes a hybridization reaction (505) with 504 DNA microarrays. This situation is as shown in FIG.
For example, when the present invention is applied to identify a causative bacterium of an infectious disease, the DNA microarray 504 is obtained by immobilizing a probe (artificial nucleic acid) having a base sequence specific to the causative bacterium on a substrate. The probe design of each bacterium is, for example, highly specific to the bacterium than the genome part coding for 16s rRNA, and is a hybridization that is sufficient and does not vary in consideration of Tm and the like in each probe base sequence. Perform so that sensitivity can be expected. The carrier (substrate) for fixing the probe of the DNA microarray 504 may be a flat substrate such as a glass substrate, a plastic substrate, or a silicon wafer. Further, even if a three-dimensional structure having irregularities, a spherical shape such as a bead, a rod shape, a string shape, a thread shape, or the like is used, the embodiment and the effect of the present invention are not affected.

通常、前記基板の表面はプローブDNAの固定化が可能なように処理したものが使用される。特に、表面に化学反応が可能となるように官能基を導入した物は、ハイブリダイゼーション反応の過程でプローブが安定に結合している為に、再現性の点で好ましい形態である。本発明に用いられる固定化方法は、例えば、マレイミド基とチオール(−SH)基との組合わせを用いる例が挙げられる。即ち核酸プローブの末端にチオール(−SH)基を結合させておき、固相表面がマレイミド基を有するように処理しておくことで、固相表面に供給された核酸プローブのチオール基と固相表面のマレイミド基とが反応して核酸プローブを固定化する。マレイミド基の導入方法としては、まず、ガラス基板にアミノシランカップリング剤を反応させ、次にそのアミノ基とEMCS試薬(N-(6-Maleimidocaproyloxy)succinimide :Dojin社製)との反応によりマレイミド基を導入する。DNAへのSH基の導入は、DNA自動合成機上5'-Thiol-ModifierC6(Glen Research社製)を用いる事により行なうことができる。固定化に利用する官能基の組合せとしては、上記したチオール基とマレイミド基の組合せ以外にも、例えばエポキシ基(固相上)とアミノ基(核酸プローブ末端)の組合せ等が挙げられる。また、各種シランカップリング剤による表面処理も有効であり、該シランカップリング剤により導入された官能基と反応可能な官能基を導入したオリゴヌクレオチドが用いられる。さらに、官能基を有する樹脂をコーティングする方法も利用可能である。   Usually, the surface of the substrate is treated so that the probe DNA can be immobilized. In particular, a product having a functional group introduced so that a chemical reaction is possible on the surface is a preferable form in terms of reproducibility because the probe is stably bound in the course of the hybridization reaction. Examples of the immobilization method used in the present invention include an example using a combination of a maleimide group and a thiol (-SH) group. That is, a thiol (-SH) group is bonded to the end of the nucleic acid probe, and the solid phase surface is treated so as to have a maleimide group, so that the thiol group of the nucleic acid probe supplied to the solid surface and the solid phase The maleimide group on the surface reacts to immobilize the nucleic acid probe. As a method for introducing the maleimide group, first, an aminosilane coupling agent is reacted with a glass substrate, and then the maleimide group is reacted by reacting the amino group with an EMCS reagent (N- (6-Maleimidocaproyloxy) succinimide: Dojin). Introduce. Introduction of SH groups into DNA can be performed by using 5′-Thiol-Modifier C6 (Glen Research) on an automatic DNA synthesizer. Examples of combinations of functional groups used for immobilization include a combination of an epoxy group (on a solid phase) and an amino group (end of a nucleic acid probe) in addition to the above-described combination of a thiol group and a maleimide group. Further, surface treatment with various silane coupling agents is also effective, and oligonucleotides into which functional groups capable of reacting with functional groups introduced with the silane coupling agents are used. Furthermore, a method of coating a resin having a functional group can also be used.

ハイブリダイゼーション反応を行った後、504のDNAマイクロアレイの表面を洗浄し、プローブと結合していない核酸を剥がした後で、(通常は)乾燥し、505のハイブリダイゼーション反応を反映したDNAマイクロアレイの蛍光量を測定する。この蛍光量はターゲット核酸分子に付加された蛍光標識に基づくものであり、ハイブリダイゼーション反応によりDNAマイクロアレイ上のプローブとのハイブリッド形成によりトラップされたターゲット核酸分子が存在することを示している。また、ターゲット核酸分子に蛍光標識を付加する以外の標識方法であっても、各標識方法における蛍光標識による蛍光量を測定するものである。この蛍光量を測定するために、DNAマイクロアレイの基板に励起光を照射し、センサで蛍光画像を撮像(506)する。得られたDNAマイクロアレイ蛍光画像(507)のプローブ蛍光強度を算出する。ここで、ハイブリダイゼーション反応により得られるDNAマイクロアレイ(プローブアレイ)の蛍光画像として取得したいものは、DNAマイクロアレイ上のプローブとターゲット核酸分子との結合(ハイブリッド形成)を示す蛍光シグナルのみが含まれる蛍光画像であって、ハイブリッド形成を示すシグナルではない異物や画素不良に由来する蛍光シグナルを除くことが望ましい。   After performing the hybridization reaction, the surface of the 504 DNA microarray is washed, the nucleic acid not bound to the probe is peeled off, and then (usually) dried, and the fluorescence of the DNA microarray reflecting the hybridization reaction of 505 Measure the amount. This amount of fluorescence is based on the fluorescent label added to the target nucleic acid molecule, and indicates that there is a target nucleic acid molecule trapped by hybridization with the probe on the DNA microarray by the hybridization reaction. Further, even with a labeling method other than adding a fluorescent label to the target nucleic acid molecule, the amount of fluorescence by the fluorescent label in each labeling method is measured. In order to measure the amount of fluorescence, the substrate of the DNA microarray is irradiated with excitation light, and a fluorescence image is picked up by a sensor (506). The probe fluorescence intensity of the obtained DNA microarray fluorescence image (507) is calculated. Here, what is desired to be obtained as a fluorescence image of a DNA microarray (probe array) obtained by a hybridization reaction is a fluorescence image containing only a fluorescence signal indicating the binding (hybrid formation) between the probe on the DNA microarray and the target nucleic acid molecule. In addition, it is desirable to remove a fluorescent signal derived from a foreign substance or a pixel defect that is not a signal indicating hybridization.

次に、図6を用いて感染症の菌を特定するDNAマイクロアレイの原理を示す。図6で示したDNAマイクロアレイは、例えば、黄色ブドウ球菌を特定する目的で作られていると仮定する。
左の列は、黄色ブドウ球菌野生株由来の処理系列であり、右の列は大腸菌野生株由来の処理系列である。例えば、左は黄色ブドウ球菌に感染した患者の血液を処理する流れで、右は大腸菌に感染した患者の血液を処理する流れだと考えてよい。どちらも基本的には同じ処理を行う。つまり、まず初めに例えば菌感染患者の血液や、痰などからDNAを抽出する。この際に、一般的には、患者の体細胞由来の人間のDNAも含まれる可能性がある。抽出されたDNAが少ない場合、PCR法などの方法で増幅を行う。この際に蛍光物質もしくは蛍光物質を結合させることができる物質を標識として混入させるのが一般的である。増幅をしない場合は、抽出されたDNAを用いて、相補鎖を作りながら蛍光物質もしくは蛍光物質を結合可能な物質を標識として混入させる、または、そのまま直接抽出されたDNAに蛍光物質もしくは蛍光物質を結合可能な物質を標識として付加させる。通常、PCR増幅を行う場合、感染症の菌特定目的であれば、いわゆる16s rRNAといわれるリボゾームRNAを構成する塩基配列の部分を増幅するのが一般的である。この場合、左の黄色ブドウ球菌のPCRプライマーと右の大腸菌のPCRプライマーはほとんど同じものを使うこととなる。より具体的には、どんな菌の16s rRNAをコーディングしている部分でも増幅させることができるプライマーセットを用いて、マルチプレックスPCRを行う。
Next, the principle of a DNA microarray for identifying infectious bacteria will be described with reference to FIG. It is assumed that the DNA microarray shown in FIG. 6 is made for the purpose of specifying Staphylococcus aureus, for example.
The left column is a treatment sequence derived from a wild strain of S. aureus, and the right column is a treatment sequence derived from a wild strain of Escherichia coli. For example, it can be considered that the flow on the left is a flow for processing blood of a patient infected with Staphylococcus aureus, and the flow on the right is a flow for processing blood of a patient infected with Escherichia coli. Both basically perform the same processing. That is, first, DNA is extracted from, for example, blood or sputum of a bacterially infected patient. In this case, generally, human DNA derived from somatic cells of a patient may be included. When the extracted DNA is small, amplification is performed by a method such as PCR. In this case, a fluorescent substance or a substance capable of binding the fluorescent substance is generally mixed as a label. When amplification is not performed, using the extracted DNA, a fluorescent substance or a substance capable of binding the fluorescent substance is mixed as a label while forming a complementary strand, or the fluorescent substance or fluorescent substance is directly added to the extracted DNA as it is. A bindable substance is added as a label. Usually, when PCR amplification is performed, for the purpose of identifying the bacteria of an infectious disease, it is common to amplify a part of a base sequence constituting ribosomal RNA so-called 16s rRNA. In this case, the PCR primer for S. aureus on the left and the PCR primer for E. coli on the right are almost the same. More specifically, multiplex PCR is performed using a primer set that can amplify the 16s rRNA coding portion of any fungus.

黄色ブドウ球菌を判定する目的のために設計されたDNAマイクロアレイが正しく動作するならば、左のハイブリ溶液では、スポットがポジティブに反応し、右のハイブリ溶液では、スポットがネガティブに反応する。   If a DNA microarray designed for the purpose of determining S. aureus works correctly, the left hybrid solution will react positively with the spot and the right hybrid solution will react negatively with the spot.

これと全く同じように、大腸菌の存在を判定する目的のために設計されたDNAマイクロアレイが正しく動作するならば、左のハイブリ溶液では、スポットがネガティブに反応し、右のハイブリ溶液では、スポットがポジティブに反応する。もちろん、いろんな菌に対してそれぞれ特異的に反応する数種類のスポットを同時に並べたDNAマイクロアレイを用いて、感染菌の判定を行ってもかまわない。   In exactly the same way, if a DNA microarray designed for the purpose of determining the presence of E. coli works correctly, the left hybrid solution reacts negatively and the right hybrid solution produces spotless Responds positively. Of course, infectious bacteria may be determined using a DNA microarray in which several types of spots that react specifically with various bacteria are arranged at the same time.

以下、図5を用いて説明した操作の流れを、具体的な感染症の原因菌特定の操作の例を示して説明する。なお、本発明にかかわる生物種類判定方法は、以下に述べる感染症の原因菌特定に限ったものではなく、MHCなどの人間の体質判定や、癌などの疾病に関わるDNA、RNAの解析に用いてもよい。   Hereinafter, the flow of the operation described with reference to FIG. 5 will be described by showing an example of a specific operation for identifying the causative bacteria of the infectious disease. The organism type determination method according to the present invention is not limited to the identification of the causative bacteria of the infectious disease described below, but is used for determination of human constitution such as MHC and analysis of DNA and RNA related to diseases such as cancer. May be.

<プローブDNAの準備>
Enterobacter cloacae菌検出用Probeとして表1に示す核酸配列(I−n)(nは数字)を設計した。具体的には、16s rRNAをコーディングしているゲノム部分より、以下に示したプローブ塩基配列を選んだ。これらのプローブ塩基配列群は、当該菌に対し非常に特異性が高く、十分かつそれぞれのプローブ塩基配列でTmなどを考慮してばらつきのないハイブリダイゼーション感度が期待できるように設計されている。
<Preparation of probe DNA>
Nucleic acid sequences (In) (n is a number) shown in Table 1 were designed as probes for detecting Enterobacter cloacae. Specifically, the probe base sequence shown below was selected from the genome part coding 16s rRNA. These probe base sequence groups are designed to be highly specific to the bacteria and to be expected to have sufficient hybridization sensitivity with consideration of Tm and the like for each probe base sequence.

表中に示したプローブは、DNAマイクロアレイに固定するための官能基として、合成後、定法に従って核酸の5'末端にチオール基を導入した。官能基の導入後、精製し、凍結乾燥した。凍結乾燥した内部標準用プローブは、-30℃の冷凍庫に保存した。   In the probes shown in the table, a thiol group was introduced at the 5 ′ end of the nucleic acid after synthesis as a functional group for immobilizing the DNA microarray according to a conventional method. After introduction of the functional group, it was purified and lyophilized. The freeze-dried internal standard probe was stored in a -30 ° C freezer.

黄色ブドウ球菌(A−n)、表皮ブドウ球菌(B−n)、大腸菌(C−n)、肺炎桿菌(D−n)、緑膿菌(E−n)、セラチア菌(F−n)、肺炎連鎖球菌(G−n)、インフルエンザ菌(H−n)、及びエンテロコッカス・フェカリス菌(J−n)(nは数字)についても同様な手法により以下の表2に示すプローブセットを設計した。   Staphylococcus aureus (An), Staphylococcus epidermidis (Bn), Escherichia coli (Cn), Neisseria pneumoniae (Dn), Pseudomonas aeruginosa (En), Serratia bacteria (Fn), The probe sets shown in Table 2 below were designed in the same manner for Streptococcus pneumoniae (Gn), Haemophilus influenzae (Hn), and Enterococcus faecalis (Jn) (n is a number).

<検体増幅用PCR Primerの準備>
起炎菌検出用の為の16s rRNA核酸(標的核酸)増幅用PCR Primerとして表3に示す核酸配列を設計した。具体的には、16s rRNAをコーディングしているゲノム部分を特異的に増幅するプローブセット、つまり約1500塩基長の16s rRNAコーディング領域の両端部分で、特異的な融解温度をできるだけ揃えたプライマーを設計した。なお、変異株や、ゲノム上に複数存在する16s rRNAコーディング領域も同時に増幅できるように複数種類のプライマーを設計した。
<Preparation of PCR Primer for sample amplification>
The nucleic acid sequences shown in Table 3 were designed as PCR primers for amplifying 16s rRNA nucleic acid (target nucleic acid) for detection of pathogenic bacteria. Specifically, a probe set that specifically amplifies the 16s rRNA-encoding genomic portion, that is, a primer with the same melting temperature as possible at both ends of the approximately 1500 base length 16s rRNA coding region is designed. did. Multiple primers were designed to simultaneously amplify mutant strains and multiple 16s rRNA coding regions on the genome.

表中に示したPrimerは、合成後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により精製し、Forward Primer 3種、Reverse Primer 3種を混合し、それぞれのPrimer濃度が、最終濃度10 pmol/μl となるようにTE緩衝液に溶解した。 The primers shown in the table are synthesized and purified by high performance liquid chromatography (HPLC), and 3 kinds of Forward Primer and 3 kinds of Reverse Primer are mixed so that each Primer concentration is 10 pmol / μl final concentration. Dissolved in TE buffer.

<Enterobacter cloacae Genome DNA(モデル検体)の抽出>
(微生物の培養 & Genome DNA 抽出の前処理)
まず、Enterobacter cloacae 標準株を、定法に従って培養した。この微生物培養液を1.5ml容量のマイクロチューブに1.0ml(OD600=0.7)採取し、遠心分離で菌体を回収した(8500rpm、5min、4℃)。上精を捨てた後、Enzyme Buffer(50mM Tris-HCl:p.H. 8.0、25mM EDTA)300μlを加え、ミキサーを用いて再縣濁した。再縣濁した菌液は、再度、遠心分離で菌体を回収した(8500rpm、5min、4℃)。上精を捨てた後、回収された菌体に、以下の酵素溶液を加え、ミキサーを用いて再縣濁した。
Lysozyme 50 μl (20 mg/ml in Enzyme Buffer)
N-Acetylmuramidase SG 50 μl (0.2 mg/ml in Enzyme Buffer)
次に、酵素溶液を加え再縣濁した菌液を、37℃のインキュベーター内で30分間静置し、細胞壁の溶解処理を行った。
(Genome抽出)
以下に示す微生物のGenome DNA抽出は、核酸精製キット(MagExtractor -Genome-:TOYOBO社製)を用いて行った。具体的には、まず、前処理した微生物縣濁液に溶解・吸着液750μlと磁性ビーズ40μlを加え、チューブミキサーを用いて、10分間激しく攪拌した(ステップ1)。次に、分離用スタンド(Magical Trapper)にマイクロチューブをセットし、30秒間静置して磁性粒子をチューブの壁面に集め、スタンドにセットした状態のまま、上精を捨てた(ステップ2)。次に、洗浄液 900 μl を加え、ミキサーで5sec程度攪拌して再縣濁を行った(ステップ3)。次に、分離用スタンド(Magical Trapper)にマイクロチューブをセットし、30秒間静置して磁性粒子をチューブの壁面に集め、スタンドにセットした状態のまま、上精を捨てた(ステップ4)。ステップ3、4を繰り返して2度目の洗浄(ステップ5)を行った後、70%エタノール 900 μl を加え、ミキサーで5sec程度攪拌して再縣濁した(ステップ6)。次に、分離用スタンド(Magical Trapper)にマイクロチューブをセットし、30秒間静置して磁性粒子をチューブの壁面に集め、スタンドにセットした状態のまま、上精を捨てた(ステップ7)。ステップ6、7を繰り返して70%エタノールによる2度目の洗浄(ステップ8)を行った後、回収された磁性粒子に純水 100 μl を加え、チューブミキサーで10分間攪拌を行った。次に分離用スタンド(Magical Trapper)にマイクロチューブをセットし、30秒間静置して磁性粒子をチューブ壁面に集め、スタンドにセットした状態のまま、上精を新しいチューブに回収した。
(回収したGenome DNAの検査)
回収された微生物(Enterobacter cloacae 株)のGenome DNAは、定法に従って、アガロース電気泳動と260/280nmの吸光度測定を行い、その品質(低分子核酸の混入量、分解の程度)と回収量を検定した。本実施例では、約10μgのGenome DNAが回収され、Genome DNAのデグラデーションやrRNAの混入は認められなかった。回収したGenome DNAは、最終濃度50ng/μlとなるようにTE緩衝液に溶解し、以下の実施例に使用した。
<Extraction of Enterobacter cloacae Genome DNA (model sample)>
(Preparation of microorganism culture & Genome DNA extraction)
First, the Enterobacter cloacae standard strain was cultured according to a conventional method. 1.0 ml (OD600 = 0.7) of this microorganism culture solution was collected in a 1.5 ml capacity microtube, and the cells were collected by centrifugation (8500 rpm, 5 min, 4 ° C.). After discarding the supernatant, 300 μl of Enzyme Buffer (50 mM Tris-HCl: pH 8.0, 25 mM EDTA) was added and resuspended using a mixer. The resuspended bacterial solution was recovered again by centrifugation (8500 rpm, 5 min, 4 ° C.). After discarding the upper fine particles, the following enzyme solution was added to the collected cells and resuspended using a mixer.
Lysozyme 50 μl (20 mg / ml in Enzyme Buffer)
N-Acetylmuramidase SG 50 μl (0.2 mg / ml in Enzyme Buffer)
Next, the bacterial solution resuspended by adding the enzyme solution was allowed to stand for 30 minutes in a 37 ° C. incubator to lyse the cell wall.
(Genome extraction)
Genome DNA extraction of the following microorganisms was performed using a nucleic acid purification kit (MagExtractor-Genome-: manufactured by TOYOBO). Specifically, first, 750 μl of the dissolving / adsorbing solution and 40 μl of magnetic beads were added to the pretreated microorganism suspension and vigorously stirred for 10 minutes using a tube mixer (step 1). Next, the microtube was set on a separation stand (Magical Trapper), left to stand for 30 seconds, the magnetic particles were collected on the wall of the tube, and the upper fine was discarded while being set on the stand (step 2). Next, 900 μl of the washing solution was added, and the mixture was stirred for about 5 seconds with a mixer and re-suspended (step 3). Next, a microtube was set on a separation stand (Magical Trapper), left still for 30 seconds, magnetic particles were collected on the wall surface of the tube, and the upper fine was discarded while being set on the stand (step 4). Steps 3 and 4 were repeated to perform the second washing (Step 5), and then 900 μl of 70% ethanol was added and stirred for about 5 seconds with a mixer to re-suspend (Step 6). Next, the microtube was set on a separation stand (Magical Trapper), left to stand for 30 seconds, the magnetic particles were collected on the wall of the tube, and the upper fine was discarded while being set on the stand (step 7). Steps 6 and 7 were repeated and the second washing with 70% ethanol (step 8) was performed. Then, 100 μl of pure water was added to the collected magnetic particles, and the mixture was stirred for 10 minutes with a tube mixer. Next, the microtube was set on a separation stand (Magical Trapper), allowed to stand for 30 seconds to collect the magnetic particles on the wall of the tube, and the supernatant was collected in a new tube while being set on the stand.
(Examination of recovered Genome DNA)
Genome DNA of recovered microorganisms (Enterobacter cloacae strain) was subjected to agarose electrophoresis and absorbance measurement at 260/280 nm according to standard methods, and the quality (contamination amount of low molecular nucleic acid, degree of degradation) and recovery amount were tested. . In this example, about 10 μg of Genome DNA was recovered, and no degradation of Genome DNA or contamination with rRNA was observed. The recovered Genome DNA was dissolved in TE buffer so as to have a final concentration of 50 ng / μl and used in the following examples.

<DNAマイクロアレイの作製>
[1]ガラス基板の洗浄
合成石英のガラス基板(サイズ:25mmx75mmx1mm、飯山特殊ガラス社製)を耐熱、耐アルカリのラックに入れ、所定の濃度に調製した超音波洗浄用の洗浄液に浸した。一晩洗浄液中で浸した後、20分間超音波洗浄を行った。続いて基板を取り出し、軽く純水ですすいだ後、超純水中で20分超音波洗浄をおこなった。次に80℃に加熱した1N水酸化ナトリウム水溶液中に10分間基板を浸した。再び純水洗浄と超純水洗浄を行い、DNAチップ用の石英ガラス基板を用意した。
[2]表面処理
シランカップリング剤KBM-603(信越シリコーン社製)を、1%の濃度となるように純水中に溶解させ、2時間室温で攪拌した。続いて、先に洗浄したガラス基板をシランカップリング剤水溶液に浸し、20分間室温で放置した。ガラス基板を引き上げ、軽く純水で表面を洗浄した後、窒素ガスを基板の両面に吹き付けて乾燥させた。次に乾燥した基板を120℃に加熱したオーブン中で1時間ベークし、カップリング剤処理を完結させ、基板表面にアミノ基を導入した。次いで同仁化学研究所社製のN-マレイミドカプロイロキシスクシイミド(N-(6-Maleimidocaproyloxy)succinimido)(以下EMCSと略す)を、ジメチルスルホキシドとエタノールの1:1混合溶媒中に最終濃度が0.3mg/mlとなるように溶解したEMCS溶液を用意した。ベークの終了したガラス基板を放冷し、調製したEMCS溶液中に室温で2時間浸した。この処理により、シランカップリング剤によって表面に導入されたアミノ基とEMCSのスクシイミド基が反応し、ガラス基板表面にマレイミド基が導入された。EMCS溶液から引き上げたガラス基板を、先述のMCSを溶解した混合溶媒を用いて洗浄し、さらにエタノールにより洗浄した後、窒素ガス雰囲気下で乾燥させた。
[3]プローブDNA
<プローブDNAの準備>で作製した微生物検出用プローブを純水に溶解し、それぞれ、最終濃度(インク溶解時)10μMとなるように分注した後、凍結乾燥を行い、水分を除いた。
[4]インクジェットプリンターによるDNA吐出、および基板への結合
グリセリン7.5wt%、チオジグリコール7.5wt%、尿素7.5wt%、アセチレノールEH(川研ファインケミカル社製)1.0wt%を含む水溶液を用意した。続いて、先に用意した6種類のプローブ(表1)を上記の混合溶媒に規定濃度なるように溶解した。得られたDNA溶液をインクジェットプリンター(商品名:BJF-850 キヤノン社製)用インクタンクに充填し、印字ヘッドに装着した。
なおここで用いたインクジェットプリンターは平板への印刷が可能なように改造を施したものである。またこのインクジェットプリンターは、所定のファイル作成方法に従って印字パターンを入力することにより、約5ピコリットルのDNA溶液を約120マイクロメートルピッチでスポッティングすることが可能となっている。
<Production of DNA microarray>
[1] Cleaning of Glass Substrate A synthetic quartz glass substrate (size: 25 mm × 75 mm × 1 mm, manufactured by Iiyama Special Glass Co., Ltd.) was placed in a heat-resistant and alkali-resistant rack and immersed in a cleaning solution for ultrasonic cleaning adjusted to a predetermined concentration. After soaking in the cleaning solution overnight, ultrasonic cleaning was performed for 20 minutes. Subsequently, the substrate was taken out, rinsed lightly with pure water, and then ultrasonically cleaned in ultrapure water for 20 minutes. Next, the substrate was immersed in a 1N sodium hydroxide aqueous solution heated to 80 ° C. for 10 minutes. Pure water cleaning and ultrapure water cleaning were performed again to prepare a quartz glass substrate for a DNA chip.
[2] Surface treatment A silane coupling agent KBM-603 (manufactured by Shin-Etsu Silicone) was dissolved in pure water to a concentration of 1% and stirred at room temperature for 2 hours. Subsequently, the previously cleaned glass substrate was immersed in an aqueous silane coupling agent solution and allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The glass substrate was pulled up and the surface was lightly washed with pure water, and then nitrogen gas was blown onto both sides of the substrate to dry it. Next, the dried substrate was baked in an oven heated to 120 ° C. for 1 hour to complete the coupling agent treatment, and amino groups were introduced onto the substrate surface. Next, N- (6-Maleimidocaproyloxy) succinimido (hereinafter abbreviated as EMCS) manufactured by Dojindo Laboratories Ltd. was added to a 1: 1 mixed solvent of dimethyl sulfoxide and ethanol. An EMCS solution dissolved to 0.3 mg / ml was prepared. The glass substrate after baking was allowed to cool and immersed in the prepared EMCS solution for 2 hours at room temperature. By this treatment, the amino group introduced to the surface by the silane coupling agent and the succinimide group of EMCS reacted, and the maleimide group was introduced to the glass substrate surface. The glass substrate pulled up from the EMCS solution was washed with the above-mentioned mixed solvent in which MCS was dissolved, further washed with ethanol, and then dried in a nitrogen gas atmosphere.
[3] Probe DNA
The microorganism detection probe prepared in <Preparation of probe DNA> was dissolved in pure water and dispensed to a final concentration (at the time of ink dissolution) of 10 μM, and then freeze-dried to remove moisture.
[4] DNA ejection by inkjet printer and binding to substrate An aqueous solution containing glycerin 7.5 wt%, thiodiglycol 7.5 wt%, urea 7.5 wt%, and acetylenol EH (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) 1.0 wt% was prepared. Subsequently, the six kinds of probes prepared previously (Table 1) were dissolved in the above mixed solvent so as to have a prescribed concentration. The obtained DNA solution was filled in an ink tank for an ink jet printer (trade name: BJF-850 manufactured by Canon Inc.) and mounted on a print head.
The ink jet printer used here has been modified so that printing on a flat plate is possible. This ink jet printer can spot a DNA solution of about 5 picoliters at a pitch of about 120 micrometers by inputting a print pattern according to a predetermined file creation method.

続いて、この改造インクジェットプリンターを用いて、1枚のガラス基板に対して、印字操作を行い、アレイを作製した。印字が確実に行われていることを確認した後、30分間加湿チャンバー内に静置し、ガラス基板表面のマレイミド基と核酸プローブ末端のチオール基とを反応させた。
[5]洗浄
30分間の反応後、100mMのNaClを含む10mMのリン酸緩衝液(pH7.0)により表面に残ったDNA溶液を洗い流し、ガラス基板表面に一本鎖DNAが固定したDNAマイクロアレイを得た。
Subsequently, using this modified inkjet printer, a printing operation was performed on one glass substrate to produce an array. After confirming that printing was performed reliably, the sample was left in a humidified chamber for 30 minutes to react the maleimide group on the surface of the glass substrate with the thiol group at the end of the nucleic acid probe.
[5] Cleaning
After the reaction for 30 minutes, the DNA solution remaining on the surface was washed away with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 100 mM NaCl to obtain a DNA microarray in which single-stranded DNA was immobilized on the surface of the glass substrate.

<検体の増幅と標識化(PCR増幅&蛍光標識の取り込み)>
検体となる微生物DNAの増幅、および、標識化反応を以下に示す。
Premix PCR 試薬(TAKARA ExTaq) 25μl
Template Genome DNA 2μl (100ng)
Forward Primer mix 2μl (20pmol/tube each)
Reverse Primer mix 2μl (20pmol/tube each)
Cy-3 dUTP (1mM) 2μl (2nmol/tube)
H20 17μl
Total 50μl
上記組成の反応液を図17のプロトコールに従って、市販のサーマルサイクラーで増幅反応を行った。反応終了後、精製用カラム(QIAGEN QIAquick PCR Purification Kit)を用いてPrimerを除去した後、増幅産物の定量を行い、標識化検体とした。
<Amplification and labeling of specimen (PCR amplification & incorporation of fluorescent label)>
Amplification of microbial DNA as a specimen and labeling reaction are shown below.
Premix PCR reagent (TAKARA ExTaq) 25μl
Template Genome DNA 2μl (100ng)
Forward Primer mix 2μl (20 pmol/tube each)
Reverse Primer mix 2μl (20 pmol/tube each)
Cy-3 dUTP (1mM) 2μl (2nmol / tube)
H 2 0 17μl
Total 50μl
The reaction solution having the above composition was subjected to an amplification reaction using a commercially available thermal cycler according to the protocol of FIG. After completion of the reaction, Primer was removed using a purification column (QIAGEN QIAquick PCR Purification Kit), and then the amplification product was quantified to obtain a labeled sample.

<ハイブリダイゼーション>
<DNAマイクロアレイの作製>で作製したDNAマイクロアレイと<検体の増幅と標識化(PCR増幅&蛍光標識の取り込み)>で作製した標識化検体を用いて検出反応を行った。
(DNAマイクロアレイのブロッキング)
BSA(牛血清アルブミンFraction V:Sigma社製)を1wt%となるように100mM NaCl / 10mM Phosphate Bufferに溶解した。この溶液に<DNAマイクロアレイの作製>で作製したDNAマイクロアレイを室温で2時間浸し、ブロッキングを行った。ブロッキング終了後、0.1wt%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を含む2xSSC溶液(NaCl 300mM 、Sodium Citrate (trisodium citrate dihydrate, C6H5Na3・2H2O) 30mM、p.H. 7.0)で洗浄を行った後、純水でリンスしてからスピンドライ装置で水切りを行った。
(ハイブリダイゼーション)
水切りしたDNAマイクロアレイをハイブリダイゼーション装置(Genomic Solutions Inc. Hybridization Station)にセットした。そして、以下に示すハイブリダイゼーション溶液、条件でハイブリダイゼーション反応を行った。
ハイブリダイゼーション溶液;
6 x SSPE / 10% Form amide / Target (2nd PCR Products 全量)
(6xSSPE: NaCl 900mM、NaH2PO4・H2O 60mM、EDTA 6mM、p.H. 7.4)
ハイブリダイゼーション条件;
65 ℃ 3min → 92℃ 2min → 45℃ 3hr → Wash 2xSSC / 0.1% SDS at 25℃ → Wash 2 x SSC at 20℃ → (Rinse with H2O : Manual) → Spin dry
<微生物の検出(蛍光測定)>
ハイブリダイゼーション反応終了後のDNAマイクロアレイを図3の装置を用いて蛍光画像の撮像を行った。この結果得られたStaphylococcus aureus由来の蛍光画像を図7に示す。ここでプローブのスポットについて蛍光輝度を数値化することで、Staphylococcus aureusの存在の有無を判定する。
<Hybridization>
Detection reaction was performed using the DNA microarray prepared in <Preparation of DNA microarray> and the labeled sample prepared in <Amplification and labeling of specimen (PCR amplification & incorporation of fluorescent label)>.
(Blocking of DNA microarray)
BSA (bovine serum albumin Fraction V: manufactured by Sigma) was dissolved in 100 mM NaCl / 10 mM Phosphate Buffer so as to be 1 wt%. The DNA microarray prepared in <Preparation of DNA microarray> was immersed in this solution at room temperature for 2 hours for blocking. After blocking, wash with 2xSSC solution (NaCl 300mM, Sodium Citrate (trisodium citrate dihydrate, C6H5Na3 · 2H2O) 30mM, pH 7.0) containing 0.1wt% SDS (sodium dodecyl sulfate) and rinse with pure water. The water was drained with a spin dryer.
(Hybridization)
The drained DNA microarray was set in a hybridization apparatus (Genomic Solutions Inc. Hybridization Station). And hybridization reaction was performed with the following hybridization solution and conditions.
Hybridization solution;
6 x SSPE / 10% Form amide / Target (2nd PCR Products total amount)
(6xSSPE: NaCl 900mM, NaH2PO4 ・ H2O 60mM, EDTA 6mM, pH 7.4)
Hybridization conditions;
65 ° C 3 min → 92 ° C 2 min → 45 ° C 3 hr → Wash 2 x SSC / 0.1% SDS at 25 ° C → Wash 2 x SSC at 20 ° C → (Rinse with H2O: Manual) → Spin dry
<Detection of microorganisms (fluorescence measurement)>
The DNA microarray after completion of the hybridization reaction was subjected to fluorescent image capturing using the apparatus of FIG. The resulting fluorescent image derived from Staphylococcus aureus is shown in FIG. Here, the presence / absence of Staphylococcus aureus is determined by quantifying the fluorescence luminance of the probe spot.

以上、Staphylococcus aureusについて行った手順と同様にして、黄色ブドウ球菌、表皮ブドウ球菌、大腸菌、肺炎桿菌、緑膿菌、セラチア菌、肺炎連鎖球菌、インフルエンザ菌、及びエンテロコッカス・フェカリス菌の存在の有無を判定する。すなわち、これらの菌のプローブセットとして示した上記プローブセットを固定したDNAマイクロアレイを用いてハイブリダイゼーション反応を行うことで各菌の存在の有無を判定する。   In the same manner as described above for Staphylococcus aureus, the presence or absence of Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Neisseria pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Serratia, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, and Enterococcus faecalis judge. That is, the presence or absence of each bacterium is determined by performing a hybridization reaction using a DNA microarray to which the probe set shown as the probe set of these bacterium is fixed.

(実施例2)
以下、本発明の輝度比によるプローブと異物・画素不良を区別する画像情報処理(図1)の各工程について詳細に説明する。
(Example 2)
Hereinafter, each step of the image information processing (FIG. 1) for distinguishing between the probe and the foreign matter / pixel defect based on the luminance ratio of the present invention will be described in detail.

図8はDNAマイクロアレイ蛍光画像の異物・画素不良・プローブを示した図であり、図1の101の詳細説明にあたる。801はRGBカラーフィルタが装着されたエリアセンサで撮像されたDNAマイクロアレイ蛍光画像のRGB合成カラー画像の一例である。プローブの蛍光は実施例1と同じCy3蛍光色素によるものである。802はプローブを拡大したものである。RGB合成カラー画像では、赤成分と緑成分がほぼ等しく、黄色に見える。803、804は異物を拡大したものである。803、804の異物画像の輝度は、全体的に赤成分が強くなっている。805は画素不良によって青成分のみの輝度となっている。画素不良には同様に赤成分のみの輝度となるもの、全く輝度を発しないものがある。上記に示すように、プローブとプローブ以外のRGBの輝度比は異なるので、これを用いてプローブとプローブ以外の蛍光輝度を区別する。   FIG. 8 is a diagram showing a foreign substance, a pixel defect, and a probe in a DNA microarray fluorescence image, which corresponds to a detailed explanation of 101 in FIG. Reference numeral 801 denotes an example of an RGB composite color image of a DNA microarray fluorescence image captured by an area sensor equipped with an RGB color filter. The fluorescence of the probe is due to the same Cy3 fluorescent dye as in Example 1. 802 is an enlarged version of the probe. In an RGB composite color image, the red and green components are almost equal and appear yellow. Reference numerals 803 and 804 are enlarged foreign objects. As for the brightness | luminance of the foreign material image of 803,804, the red component is strong as a whole. 805 has a luminance of only a blue component due to a pixel defect. Similarly, there are pixel defects that have a luminance of only the red component and those that do not emit luminance at all. As described above, since the luminance ratio of RGB other than the probe and the probe is different, the fluorescence luminance other than the probe and the probe is distinguished using this.

図9は輝度の大きさからオブジェクトを認識する方法を説明するためのものであり、図1の102の詳細説明にあたる。図1の101で撮像した蛍光画像に一定の輝度のしきい値を設定する。輝度断面図に示すように、しきい値未満の輝度を有する画素との境界にあるしきい値以上の輝度になる画素をオブジェクトのエッジとする。そして、エッジで囲まれた領域をオブジェクトとする。ここではしきい値によるオブジェクト認識方法を示したが、エッジ検出に微分処理法等、他の方法を用いてもよい。   FIG. 9 is a diagram for explaining a method of recognizing an object from the magnitude of luminance, and is a detailed explanation of 102 in FIG. A constant luminance threshold is set for the fluorescent image captured at 101 in FIG. As shown in the luminance cross-sectional view, a pixel having a luminance equal to or higher than a threshold at a boundary with a pixel having a luminance lower than the threshold is defined as an object edge. Then, an area surrounded by edges is defined as an object. Although the object recognition method based on the threshold is shown here, other methods such as a differential processing method may be used for edge detection.

図10はB、Rの画素をGの画素値で補間する方法を説明するためのものである。RGBカラーフィルタが装着されたエリアセンサで撮像された画像はRGBそれぞれの画素に赤、緑、青の輝度値が格納される。ここでは、エッジ検出を緑の輝度値で行うために、赤、青の画素のまわりを囲んでいる緑の輝度値の平均値で赤、青の画素をそれぞれ補間している。図10の青の輝度値B1はG1、G2、G3、G4の平均値となる(式1)。同様にB2はG5、G4、G6、G7の平均値となる(式2)。また、赤の輝度値R1はG4、G5、G10、G6の平均値となる(式3)。同様にR2はG7、G6、G11、G9の平均値となる(式4)。このように、赤、青の輝度値を周辺の緑の輝度値で補間することで、エッジ検出のための輝度値とすることができる。   FIG. 10 is a diagram for explaining a method of interpolating B and R pixels with G pixel values. In an image captured by an area sensor equipped with an RGB color filter, luminance values of red, green, and blue are stored in RGB pixels. Here, in order to perform edge detection with a green luminance value, the red and blue pixels are respectively interpolated with the average value of the green luminance values surrounding the red and blue pixels. The blue luminance value B1 in FIG. 10 is an average value of G1, G2, G3, and G4 (Formula 1). Similarly, B2 is an average value of G5, G4, G6, and G7 (Formula 2). The red luminance value R1 is an average value of G4, G5, G10, and G6 (Formula 3). Similarly, R2 is an average value of G7, G6, G11, and G9 (Formula 4). In this way, the luminance values for edge detection can be obtained by interpolating the luminance values of red and blue with the luminance values of the surrounding green.

B1 = (G1 + G2 + G3 + G4) ÷ 4 ・・・(式1)
B2 = (G5 + G4 + G6 + G7) ÷ 4 ・・・(式2)
R1 = (G4 + G5 + G10 + G6) ÷ 4 ・・・(式3)
R2 = (G7 + G6 + G11 + G9) ÷ 4 ・・・(式4)
上記補間方法を利用する画像情報処理装置はプローブアレイのハイブリダイゼーションさせた画像の処理に用いることができる。プローブアレイのハイブリダイゼーションさせた画像において輝度が飽和した画素を補間する画像情報処理装置は、ハイブリダイゼーションさせた画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、この輝度比から輝度が飽和した画素の輝度計算する手段とを少なくとも備える。また、この画像情報処理装置を備えるプローブアレイ画像撮像装置とすることもできる。プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置は、プローブアレイ保持手段と、プローブアレイに励起光を照射する手段と、プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、上記画像情報処理装置とを少なくとも備える。
B1 = (G1 + G2 + G3 + G4) ÷ 4 (Equation 1)
B2 = (G5 + G4 + G6 + G7) ÷ 4 (Equation 2)
R1 = (G4 + G5 + G10 + G6) ÷ 4 (Equation 3)
R2 = (G7 + G6 + G11 + G9) ÷ 4 (Equation 4)
An image information processing apparatus using the above-described interpolation method can be used for processing a hybridized image of the probe array. An image information processing apparatus that interpolates pixels whose luminance is saturated in the hybridized image of the probe array includes means for calculating the luminance ratio of red, green, and blue pixels in the hybridized image, and the luminance from the luminance ratio. And at least means for calculating luminance of saturated pixels. Moreover, it can also be set as a probe array image pick-up device provided with this image information processing apparatus. An apparatus that captures an image obtained by performing a hybridization reaction of a probe array includes a probe array holding unit, a unit that irradiates the probe array with excitation light, an area sensor that detects fluorescence intensity on the probe array, and the image information processing apparatus. And at least.

図11はオブジェクト領域の計算方法を説明するためのものである。図9で説明したように、しきい値未満の輝度を有する画素との境界にあるしきい値以上の輝度になる画素をオブジェクトのエッジとし、エッジで囲まれた領域をオブジェクト領域とする。このとき、エッジで囲まれた領域内にしきい値以下の画素があったとしても、それらを含めてオブジェクト領域とする。   FIG. 11 is a diagram for explaining a method of calculating the object area. As described with reference to FIG. 9, a pixel having a luminance equal to or higher than a threshold value at a boundary with a pixel having a luminance lower than the threshold value is defined as an object edge, and a region surrounded by the edge is defined as an object region. At this time, even if there are pixels below the threshold in the area surrounded by the edges, they are included in the object area.

図12はオブジェクトの輝度比の計算方法を説明するためのものであり、図1の103の説明にあたる。図12の表をオブジェクト領域の画素とした場合、オブジェクトの輝度比として、R/Gの比率、B/Gの比率を以下のように計算する。
R/Gの比率 [%] = Rの平均値 ÷ Gの平均値 = 82.94 [%]
B/Gの比率 [%] = Bの平均値 ÷ Gの平均値 = 1.88 [%]
オブジェクトの輝度比計算はオブジェクト領域内の全ての画素を対象として行う。そして、オブジェクトの輝度比計算は画像内の全オブジェクトについて行う。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method for calculating the luminance ratio of the object, and corresponds to explanation 103 in FIG. When the table in FIG. 12 is the pixel of the object area, the R / G ratio and the B / G ratio are calculated as follows as the luminance ratio of the object.
R / G ratio [%] = average value of R ÷ average value of G = 82.94 [%]
B / G ratio [%] = B average value ÷ G average value = 1.88 [%]
The luminance ratio calculation of the object is performed for all the pixels in the object area. The brightness ratio calculation of the object is performed for all objects in the image.

図13はコントロールオブジェクトのRGB輝度比とコントロール以外のオブジェクトのRGB輝度比を比較してオブジェクトを分類する方法を説明するためのものであり、図1の104の詳細説明にあたる。図13では、画像の一番右上のオブジェクトをコントロールオブジェクトと設定している。図12に示したように、全オブジェクトの輝度比を計算し、コントロールオブジェクトの輝度比とコントロール以外のオブジェクトの輝度比を比較して、ある一定の範囲内に収まっているかを判定することで、オブジェクトの分類を行う。ここで、プローブオブジェクトの条件をコントロールオブジェクトのR/Gの比率 [%] ± 5 [%] 以内でかつ、コントロールオブジェクトのB/Gの比率 [%] ± 0.5 [%] 以内とした場合、以下のように計算できる。
コントロールオブジェクトのR/Gの比率 [%] = 82.94 [%]
コントロールオブジェクトのB/Gの比率 [%] = 1.88 [%]
77.94 [%] ≦ オブジェクトのR/Gの比率 [%] ≦ 87.94 [%] ・・・・(式5)
1.33 [%] ≦ オブジェクトのB/Gの比率 [%] ≦ 2.38 [%] ・・・・(式6)
式(5),(6)の条件を同時に満たすとき、プローブオブジェクトと判定される。式(5)(6)の条件を一つでも満たさない場合は、ごみ、汚れ、画素不良等、によるプローブ以外のオブジェクトとして判定される。最後に、プローブオブジェクト領域内の緑画素の平均輝度を計算することで、目的のプローブ輝度が得られる(図1の105)。
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of classifying objects by comparing the RGB luminance ratio of the control object with the RGB luminance ratio of the object other than the control, and corresponds to the detailed description of 104 in FIG. In FIG. 13, the upper right object in the image is set as the control object. As shown in FIG. 12, by calculating the luminance ratio of all objects, comparing the luminance ratio of the control object and the luminance ratio of the objects other than the control, and determining whether they are within a certain range, Classify objects. When the probe object condition is within the control object R / G ratio [%] ± 5 [%] and the control object B / G ratio [%] ± 0.5 [%] It can be calculated as follows.
R / G ratio of control object [%] = 82.94 [%]
B / G ratio of control object [%] = 1.88 [%]
77.94 [%] ≤ R / G ratio of object [%] ≤ 87.94 [%] ・ ・ ・ ・ (Formula 5)
1.33 [%] ≤ Object B / G ratio [%] ≤ 2.38 [%] ... (Formula 6)
When the conditions of the expressions (5) and (6) are satisfied at the same time, it is determined as a probe object. When even one of the conditions of Expressions (5) and (6) is not satisfied, it is determined as an object other than the probe due to dust, dirt, pixel failure, and the like. Finally, the target probe luminance is obtained by calculating the average luminance of the green pixels in the probe object area (105 in FIG. 1).

図14は輝度飽和画素の輝度値補正処理の手順を示すフローチャートである。輝度補正処理は、RGB輝度比がほぼ一定の割合になることを利用して、輝度が飽和した画素(G)の輝度値を隣接する他の画素(R、B)の値を用いて補正する処理である。図1の画像情報処理方法の手順101、102、103までと同じ処理を行う。図1の103の処理は、図14の1401に対応する。ここで得られたコントロールオブジェクトの輝度比を、輝度値補正に用いる。次に、オブジェクト領域内の輝度飽和画素を検索する(1402)。輝度飽和画素とは、測定輝度のダイナミックレンジの上限によって、それ以上輝度を測定できなかったものである。最後に、輝度飽和画素の輝度値を1401で得たコントロールオブジェクトの輝度比を用いて補正する。   FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of luminance value correction processing for luminance saturated pixels. The luminance correction processing uses the fact that the RGB luminance ratio becomes a substantially constant ratio, and corrects the luminance value of the pixel (G) whose luminance is saturated using the values of other adjacent pixels (R, B). It is processing. The same processing as steps 101, 102, and 103 of the image information processing method in FIG. The process 103 in FIG. 1 corresponds to 1401 in FIG. The brightness ratio of the control object obtained here is used for brightness value correction. Next, a luminance saturated pixel in the object area is searched (1402). A luminance saturated pixel is a pixel whose luminance could not be measured any more due to the upper limit of the dynamic range of the measured luminance. Finally, the luminance value of the luminance saturated pixel is corrected using the luminance ratio of the control object obtained in 1401.

図15は輝度飽和画素の輝度値補正方法を説明するためのものである。緑の画素G1が飽和、隣接する赤の画素R1、R2が飽和していない場合、R1とR2の平均値をコントロールオブジェクトのR/Gの比率で除すことでG1の補正輝度値が得られる(式7)。緑の画素G2が飽和、隣接する赤の画素R3も飽和している場合、青の画素B1、B2の平均値をコントロールオブジェクトのB/Gの比率で除すことでG2の補正輝度値がえられる(式8)。赤の画素R3の補正輝度値は、青の画素B1、B2、B3、B4の平均値をコントロールオブジェクトのB/Rの比率で除すことで得られる。緑の輝度値を補正する場合、青の画素の輝度値は緑や赤の画素の輝度値に比べて小さいため、赤の画素の輝度値が飽和していない場合は、赤の画素の輝度値を用いて補正する方が望ましい。
G1 = (R1 + R2) ÷ 2 ÷ コントロールオブジェクトのR/Gの比率 ・・・(式7)
G2 = (B1 + B2) ÷ 2 ÷ コントロールオブジェクトのB/Gの比率 ・・・(式8)
R3 = (B1 + B2 + B3 + B4) ÷ 4 ÷ コントロールオブジェクトのB/Rの比率
・・・(式9)
図16は輝度飽和画素の輝度値補正値の計算方法を説明するためのものである。輝度補正前の輝度飽和画素の輝度値(G:3967)を補正している。以下にR1とR2の輝度値を用いてG1の輝度補正値の計算例を示す(式10)。
コントロールオブジェクトのR/Gの比率 [%] = 82.94 [%]
G1 = (R1 + R2) ÷ 2 ÷ コントロールオブジェクトのR/Gの比率
= (3209 + 3519) ÷ 2 ÷ 0.8294
= 4056 ・・(式10)
FIG. 15 is a diagram for explaining a luminance value correction method for luminance saturated pixels. When the green pixel G1 is saturated and the adjacent red pixels R1 and R2 are not saturated, the corrected luminance value of G1 is obtained by dividing the average value of R1 and R2 by the R / G ratio of the control object (Formula 7). When the green pixel G2 is saturated and the adjacent red pixel R3 is also saturated, the corrected luminance value of G2 is obtained by dividing the average value of the blue pixels B1 and B2 by the B / G ratio of the control object. (Equation 8). The corrected luminance value of the red pixel R3 is obtained by dividing the average value of the blue pixels B1, B2, B3, and B4 by the B / R ratio of the control object. When correcting the luminance value of green, the luminance value of the blue pixel is smaller than the luminance value of the green or red pixel, so if the luminance value of the red pixel is not saturated, the luminance value of the red pixel It is desirable to correct using
G1 = (R1 + R2) ÷ 2 ÷ R / G ratio of control object (Equation 7)
G2 = (B1 + B2) ÷ 2 ÷ B / G ratio of control object (Equation 8)
R3 = (B1 + B2 + B3 + B4) ÷ 4 ÷ B / R ratio of control object (Equation 9)
FIG. 16 is a diagram for explaining a method of calculating a luminance value correction value of a luminance saturated pixel. The luminance value (G: 3967) of the luminance saturated pixel before luminance correction is corrected. A calculation example of the luminance correction value of G1 using the luminance values of R1 and R2 is shown below (Formula 10).
R / G ratio of control object [%] = 82.94 [%]
G1 = (R1 + R2) ÷ 2 ÷ R / G ratio of control object
= (3209 + 3519) ÷ 2 ÷ 0.8294
= 4056 ・ ・ (Formula 10)

本発明の輝度比によるプローブと異物・画素不良を区別する画像情報処理の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the image information processing which distinguishes the probe by a luminance ratio of this invention, and a foreign material and pixel defect. 本発明を実現するための情報処理装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the information processing apparatus for implement | achieving this invention. 本発明を実現するための蛍光画像のプローブアレイ画像撮像装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the probe array image imaging device of the fluorescence image for implement | achieving this invention. DNAマイクロアレイ上のハイブリダイゼーションの様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of hybridization on a DNA microarray. DNAマイクロアレイを用いたハイブリダイゼーション反応実験の実験手順全般について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the whole experimental procedure of the hybridization reaction experiment using a DNA microarray. 感染症の菌を特定するDNAマイクロアレイの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the DNA microarray which identifies the microbe of an infectious disease. Staphylococcus aureus由来のDNAマイクロアレイ蛍光画像を示した図である。It is the figure which showed the DNA microarray fluorescence image derived from Staphylococcus aureus. DNAマイクロアレイ蛍光画像の異物・画素不良・プローブを示した図である。It is the figure which showed the foreign material, pixel defect, and probe of a DNA microarray fluorescence image. 輝度の大きさからオブジェクトを認識する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of recognizing an object from the magnitude | size of a brightness | luminance. B、Rの画素をGの画素値で補間する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of interpolating the pixel of B and R by the pixel value of G. オブジェクト領域の計算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of an object area | region. オブジェクトの輝度比の計算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the luminance ratio of an object. コントロールプローブのRGB輝度比とオブジェクトのRGB輝度比を比較してオブジェクトを分類する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of classifying an object by comparing the RGB luminance ratio of a control probe with the RGB luminance ratio of an object. 輝度飽和画素の輝度値補正処理の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the luminance value correction process of a luminance saturation pixel. 輝度飽和画素の輝度値補正方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the luminance value correction method of a luminance saturation pixel. 輝度飽和画素の輝度値補正値の計算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the luminance value correction value of a luminance saturation pixel. PCR増幅反応のプロトコールを示す図である。It is a figure which shows the protocol of PCR amplification reaction.

符号の説明Explanation of symbols

101 DNAマイクロアレイ蛍光画像の撮像工程
102 輝度の大きさからオブジェクトを認識する工程
103 オブジェクトのRGB輝度比計算工程
104 オブジェクト分類工程
105 プローブオブジェクトの輝度計算工程
201 外部記憶装置
202 中央処理装置(CPU)
203 メモリ
204 入出力装置
301 情報処理装置
302 暗箱
303 撮像装置
304 CMOSセンサ
305 蛍光フィルター
306 励起光源
307 DNAマイクロアレイ
308 DNAマイクロアレイ支持基盤
501 サンプル
502 生化学増幅
503 ラベル混入
504 DNAマイクロアレイ
505 ハイブリダイゼーション反応
506 撮像
507 DNAマイクロアレイ蛍光画像
801 DNAマイクロアレイ蛍光画像(RGB合成カラー画像)
802 プローブ蛍光画像
803 異物の画像
804 異物の画像
805 画素不良のある画像
1401 オブジェクトのRGB輝度比計算工程
1402 輝度飽和画素の検索工程
1403 輝度飽和画素の輝度値補正工程
101 DNA microarray fluorescent image imaging step 102 Object recognition step from luminance magnitude 103 Object RGB luminance ratio calculation step 104 Object classification step 105 Probe object luminance calculation step 201 External storage device 202 Central processing unit (CPU)
203 Memory 204 Input / Output Device 301 Information Processing Device 302 Dark Box 303 Imaging Device 304 CMOS Sensor 305 Fluorescent Filter 306 Excitation Light Source 307 DNA Microarray 308 DNA Microarray Support Base 501 Sample 502 Biochemical Amplification 503 Label Contamination 504 DNA Microarray 505 Hybridization Reaction 506 Imaging 507 DNA microarray fluorescence image 801 DNA microarray fluorescence image (RGB composite color image)
802 Probe fluorescence image 803 Foreign object image 804 Foreign object image 805 Pixel defective image 1401 Object RGB luminance ratio calculation step 1402 Luminance saturated pixel search step 1403 Luminance saturated pixel luminance value correction step

Claims (9)

プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像において、該ハイブリダイゼーション反応結果に基づくプローブアレイ上のプローブの蛍光輝度を該プローブ以外の蛍光輝度と区別して検出する画像情報処理装置であって、
前記画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、
前記輝度比から前記プローブの蛍光輝度と前記プローブ以外の蛍光輝度とを区別する手段と、
を備えることを特徴とする画像情報処理装置。
An image information processing apparatus for detecting the fluorescence intensity of probes on a probe array based on the hybridization reaction result separately from the fluorescence intensity other than the probe in an image obtained by performing a hybridization reaction of a probe array,
Means for calculating a luminance ratio of red, green and blue pixels in the image;
Means for distinguishing the fluorescence brightness of the probe and the fluorescence brightness other than the probe from the brightness ratio;
An image information processing apparatus comprising:
前記ハイブリダイゼーション反応させた画像において、設定した閾値以上の輝度を有する画素領域を認識する手段、を更に有する請求項1に記載の画像情報処理装置。   The image information processing apparatus according to claim 1, further comprising means for recognizing a pixel region having a luminance equal to or higher than a set threshold in the image subjected to the hybridization reaction. 前記プローブアレイはDNAマイクロアレイであることを特徴とする請求項1に記載の画像情報処理装置。   The image information processing apparatus according to claim 1, wherein the probe array is a DNA microarray. プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置であって、
プローブアレイ保持手段と、
前記プローブアレイに励起光を照射する手段と、
前記プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、
請求項1乃至3のいずれかに記載の画像情報処理装置と、
を備えるプローブアレイ画像撮像装置。
An apparatus for taking an image of a probe array hybridization reaction,
Probe array holding means;
Means for irradiating the probe array with excitation light;
An area sensor for detecting fluorescence intensity on the probe array;
An image information processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A probe array imaging apparatus comprising:
前記エリアセンサは、CMOSセンサであることを特徴とする請求項4に記載の画像撮像装置。   The image capturing apparatus according to claim 4, wherein the area sensor is a CMOS sensor. プローブアレイのハイブリダイゼーションさせた画像において、輝度が飽和した画素を補間する画像情報処理装置であって、
前記画像における赤、緑、青画素の輝度比を計算する手段と、
前記輝度比から輝度が飽和した前記画素の輝度計算する手段と、
を備えることを特徴とする画像情報処理装置。
An image information processing apparatus that interpolates pixels with saturated brightness in a hybridized image of a probe array,
Means for calculating a luminance ratio of red, green and blue pixels in the image;
Means for calculating the luminance of the pixel whose luminance is saturated from the luminance ratio;
An image information processing apparatus comprising:
前記プローブアレイはDNAマイクロアレイであることを特徴とする請求項4に記載の画像撮像装置。   The image pickup apparatus according to claim 4, wherein the probe array is a DNA microarray. プローブアレイのハイブリダイゼーション反応させた画像を撮像する装置であって、
プローブアレイ保持手段と、
前記プローブアレイに励起光を照射する手段と、
前記プローブアレイ上の蛍光輝度を検出するエリアセンサと、
請求項6又は7に記載の画像情報処理装置と、
を備えるプローブアレイ画像撮像装置。
An apparatus for taking an image of a probe array hybridization reaction,
Probe array holding means;
Means for irradiating the probe array with excitation light;
An area sensor for detecting fluorescence intensity on the probe array;
An image information processing apparatus according to claim 6 or 7,
A probe array imaging apparatus comprising:
前記エリアセンサは、CMOSセンサであることを特徴とする請求項8に記載の画像撮像装置。   The image capturing apparatus according to claim 8, wherein the area sensor is a CMOS sensor.
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